SE517772C2 - Värmegenerator för reducering av emissioner från motorfordon - Google Patents

Description

25 30 35 517 " 2 Denna värmegenerator är kompakt och ger en mycket effektiv uppvärmning av kylfluidet, som är avsett att användas för uppvärmning av kylvätskan i en förbrän- ningsmotor i ett inledningsskede efter det att förbrän- ningsmotorn har startats.

Tack vare den högeffektiva omvandlingen från meka- niskt arbete, som driver värmegeneratorn, till alstrad värme i kylfluidet kan det i flera tillämpningar bli aktuellt att kunna styra den alstrade värmeeffekten efter ett varierande behov. Detta skulle naturligtvis kunna ske genom en motsvarande variation av den tillförda mekaniska effekten, som driver värmegeneratorn, i form av en änd- ring av varvtalet hos värmegeneratorns rotor. En sådan varvtalsvariation är dock ej möjlig i alla tillämpningar, eftersom andra behov kan vara avgörande för storleken på den mekaniska effekten, t ex nödvändig effekt för fram- drivning av ett fordon. I ett sådant fall kan önskad värmeeffekt ändå åstadkommas genom att värmegeneratorn inkopplas intermittent på ett sådant sätt att den alst- rade värmeeffektens medelvärde överensstämmer med den önskade värmeeffekten. Denna intermittenta inkoppling förutsätter dock en kopplingsanordning, som kräver utrymme och kan innebära att värmegeneratorn blir komplicerad och/eller oönskat dyr.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en värmegenerator för motorfordon, vilken är kompakt men ändå möjliggör en enkel reglering av den alstrade värmen.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen medelst en värmegenerator enligt patentkravet 1. Föredragna ut- föringsformer av värmegeneratorn framgår av de osjälv- ständiga patentkraven.

En värmegenerator enligt uppfinningen har en per- manentmagnetiserad, skivformig rotor; en stator, vilken är åtskild axiellt från rotorn och i vilken rotorn vid rotation inducerar elektriska strömmar, som alstrar värme i statorn; samt en till statorn angränsande kylkanal för 10 15 20 25 30 35 517 772 " 3 ett strömmande kylfluidum för avledning av den i statorn alstrade värmen. Vidare är rotorn och statorn rörliga axiellt relativt varandra för ändring av avståndet mellan dem och därmed ändring av den i statorn alstrade värmen eller värmeeffekten. Härvid utnyttjas det förhållandet att en ändring av avståndet mellan rotorn och statorn påverkar storleken av de strömmar som rotorn inducerar i statorn och därmed också storleken av den av dessa strömmar alstrade värmen. Slutligen är organ anordnade för bestämning av den i statorn alstrade värmeeffekten genom påverkan av rotorn axiellt i riktning mot statorn med en variabel kraft mot verkan av en repellerande kraft, som de i statorn inducerade strömmarna genererar.

Därmed kan rotorn inställas i ett axiellt läge relativt statorn i beroende av vilken värmeeffekt som skall alstras i statorn.

Statorn innefattar företrädesvis två metalliska skikt, som avgränsar en smal, väsentligen radiell spalt, vilken utgör en för radiellt flöde utformad del av kylkanalen. Härigenom kan den sträcka, längs vilken fluidumet i kylkanalen uppvärmes, göras relativt kort, vilket år en förutsättning för snabb uppvärmning genom utnyttjande av en hög effekt.

Kylkanalen innefattar dessutom lämpligen två ring- formiga utrymmen, vilka gränsar till den radiella spalten på dennas från rotorn vända sida och vilka är utformade för flöde i omkretsled av kylfluidet. Genom denna ut- formning kommer kylfluidet att följa korsande banor på ömse sidor om det ena av det tvâ metalliska skikten, vilket utgör skiktet längst bort från rotorn. Tack vare dessa korsande flöden av kylfluidet kan sådana fenomen som ångbildning och filmkokning förhindras, vilka i annat fall skulle kunna uppträda som följd av den snabba uppvärmningen och leda till kavitation och överhettning.

Organen för påverkan av rotorn axiellt i riktning mot statorn, dvs för ändring av avståndet mellan rotorn och statorn exempelvis i beroende av önskad uppvärmning |aJ|a 10 15 20 25 30 35 517 772 šfi;iß¿p:;~ 4 av det strömmande fluidet, kan vara utformade pà många olika sätt, men de innefattar lämpligen ett mjukt mag- netiskt material, som utgör del av statorn, så att rotorns magnetfält slutes och en magnetisk attraktions- kraft verkar mellan den permanentmagnetiserade rotorn och statorn.

Av de tvà metalliska skikten kan ett närmast rotorn innefatta ett elektrisk ledande, företrädesvis omagne- tiskt material, och ett längst bort fràn rotorn inne- fatta det mjukt magnetiska materialet.

Den i statorn alstrade kraften, som verkar repellerande pà rotorn, kan dimensioneras att vid ett förutbestämt varvtal förflytta rotorn bort från statorn mot verkan av den magnetiska attraktionskraften mellan den permanentmagnetiska rotorn och statorn. Detta sker exempelvis genom val av statorns magnetiska material och genom val av dettas volym och avstånd från rotorn.

Organen för axiell påverkan av rotorn kan innefatta fjäderorgan, pneumatiska eller hydrauliska kolv- och cylinderaggregat och/eller elektriskt manövrerade agg- regat. Dessa organ kan förstärka och/eller försvaga den magnetiska attraktionskraften respektive den repellerande kraften för att en förutbestämd effekt/varvtalsprofil skall kunna uppnàs.

De nämnda organen för påverkan av rotorn axiellt kan vidare innefatta ett överordnat organ för tvàngsstyrning av rotorn till ett önskat effektläge eller blockering av rotorn i ett undre effektläge, exempelvis när hela effekten hos bilmotorn behövs för acceleration.

De rotorn axiellt pàverkande organen kan vidare vara styrda av en överordnad signal från styrelektronik, som reglerar förbränningsmotorn, för begränsning av den i statorn alstrade värmeeffekten genom tvàngsmässig för- flyttning av rotorn relativt statorn och uppnàende av ett läge med begränsad effekt. En sådan överordnad signal skulle kunna alstras av styrelektroniken i samband med acceleration, t ex fràn stillastående eller över ett 10 15 20 25 30 35 oo a u a ...__ ._ _ . n ".".. .U U H "::: ::::: :=w- '=2- - .. . , , , . n, nun n n: z: II ::°° . : ::~: .s.. .... .~.-- - förutbestämt gränsvärde, varvid rotorn styres till och låses i ett undre effektläge.

Genom att ge organen för kraftpàverkan av rotorn i riktning mot statorn en lämplig kraft/avståndsprofil, kan således den i statorn alstrade värmeeffekten få en förut- bestämd effekt/varvtalsprofil.

De strömmar som rotorn inducerar i statorn ökar normalt med ökande varvtal. För att beakta denna ström- ökning kan rotorns avstånd till statorn vidare lämpligen ökas med ökande varvtal hos rotorn. Genom denna ökning kan exempelvis en med ändrat varvtal hos rotorn önskad värmeeffekt/varvtalsprofil uppnås. Speciellt kan ökningen av avståndet mellan rotorn och statorn sättas in först över ett förutbestämt varvtal för att därigenom begränsa den maximala effekten.

I en annan utföringsform innefattar organen för kraftpåverkan av rotorn i riktning mot statorn en pneu- matisk kolv, vars kraftpåverkan kan åstadkommas med undertryck eller med övertryck. I fallet med undertryck kan den pneumatiska kolven med fördel kombineras med fjäderorgan, som likaledes utövar kraftpåverkan på rotorn och närmare bestämt en minskande påverkan med ökande av- stånd mellan rotorn och statorn. Särskilt fördelaktigt år det om dessa fjäderorgans kraftkarakteristik göres sådan att vid oförändrat varvtal hos rotorn ett ökande under- tryck i den pneumatiska kolven förflyttar rotorn närmare statorn.

Som ett skydd mot för kraftig uppvärmning av kyl- fluidet kan ställorgan finnas invid kylkanalen, vilka ställorgan är känsliga för temperaturen hos kylfluidet och har förmåga att, då en förutbestämd temperatur upp- nås, väsentligen momentant påverka rotorn och öka dess avstånd till statorn till ett värde, där den i statorn alstrade värmen är försumbar. Härigenom kan uppvärmning av det i kylkanalen strömmande fluidet över ett förut- bestämt temperaturvärde förhindras, t ex kan vatten som »v 10 15 20 25 30 35 ._ .. . .. u - . . ~ n u . u. v- f", ," u . .n I 517 772 ";;fiz;=-2..22:t=- =II= o »non . ...una 6 kylmedium hindras att uppvärmas över lO0°C och därmed hindras att föràngas vid normalt tryck.

Med hänsyn till den höga effekt (av storleksord- ningen tiotals kilowatt) som en värmegenerator enligt uppfinningen kan utveckla är utformningen av kylkanalen kritisk. Enligt uppfinningen àstadkommes korta ström- ningsvägar i den mest aktiva uppvärmningszonen närmast rotorn genom att statorn utformas med en radiellt utmed den skivformiga rotorn utsträckt första skiva och med en utmed denna första skiva och pà motsatt sida till rotorn belägen andra skiva för bildande av en radiell spalt däremellan. Kylfluidet kan bringas att strömma radiellt genom denna spalt genom att den är förbunden med öppningar runt sin yttre och sin inre omkrets.

I en ytterligare utföringsform av värmegeneratorn innefattar rotorn tvà axiellt åtskilda rotorskivor och statorn tvà statorskivor, som är anordnade mellan de två rotorskivorna och intill var sin av dessa. I detta fall àstadkommes avstàndsändringar genom att rotorskivorna är anordnade rörliga axiellt bort fràn varandra och fràn respektive statorskiva, som är fixerad mot axiell rörelse.

Den permanentmagnetiserade, skivformiga rotorn kan pà vardera rotorskivan ha ett flertal permanentmagneter och i övrigt bestå av ett mjukt magnetiskt material, och vardera statorskivan kan bestå av ett elektriskt ledande material. Vid rotation av rotorn ger det av permanent- magneterna alstrade magnetfältet upphov till strömmar i statorskivorna, vilka strömmar utöver att alstra värme i statorskivorna i sin tur också ger upphov till magnetfält som söker motverka det av rotorns magneter alstrade magnetfältet. De varandra motverkande magnetfälten ger upphov till repellerande krafter som verkar axiellt mellan statorn och rotorn, speciellt respektive stator- och rotorskivepar. Dessa repellerande krafter ökar med ökande varvtal hos rotorn och avtar med ökande avstånd mellan rotor och stator. 10 15 20 25 30 35 517 772 7 I fallet med de två statorskivorna och de två rotor- skivorna innefattar kylkanalen tvà radiella spalter, som är bildade mellan respektive statorskiva och en invid denna anordnad fast skiva av magnetiskt material. Denna fasta skiva av magnetiskt material är ringformad och sluter flödesbanan för magnetfältet fràn rotorn genom statorn. Därmed uppkommer även en attraherande kraft mellan vardera rotorskivan och tillhörande fasta skiva, vilken kraft strävar att förflytta rotorskivorna mot respektive statorskiva. Denna attraherande kraft är väsentligen endast avstàndsberoende.

Några exempel på utföringsformer av en värme- generator enligt uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar.

Fig 1 är en sidovy av en första utföringsform av en värmegenerator enligt föreliggande uppfinning.

Fig 2 och 3 är axiella, partiella tvärsnittsvyer tagna längs linjer II-II respektive III-III i fig 1.

Fig 4 och 5 är radiella tvärsnittsvyer tagna längs linjer IV-IV respektive V-V i fig 2.

Fig 6 och 7 är axiella tvärsnittsvyer av en andra och en tredje utföringsform av en värmegenerator enligt uppfinningen.

Fig 8 är en axiell tvärsnittsvy av en fjärde ut- föringsform av en värmegenerator enligt uppfinningen.

Fig 9 är en perspektivvy av en i utföringsformen enligt fig 8 ingående stator.

Fig 10 är en perspektivvy och visar en värme- generator enligt uppfinningen monterad på vevaxeln av en partiellt visad förbränningsmotor för ett motorfordon.

Fig ll är en sprängskissvy av en femte utförings- form.

Fig 12 är ett diagram över effektutveckling som funktion av varvtal och avstånd i en utföringsform av en värmegenerator enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 517 772 8 Fig 13 är ett diagram över repellerande kraft som funktion av varvtal och avstånd i en utföringsform av en värmegenerator enligt uppfinningen.

Den i fig 1-5 på ritningarna visade utföringsformen av en värmegenerator har ett hölje 1, som består av två skàlformiga sköldar 2 och 3 samt en mellanliggande peri- feriring 4, vilka är sammanhàllna medelst sex_skruvför- band 5. En axel 6 är uppburen centralt i huset 1 medelst ett lager 7, 8 i vardera skölden 2 respektive 3. Utanför höljet 1 är en remskiva fäst på axeln 6, som inuti huset 1 bär upp en rotor 9.

Rotorn 9 har ett centralt nav 10 med sex radiellt riktade ekrar 11, vid vilkas yttre ändar två plana, ring- formiga rotorskivor 12 och 13 är uppburna på avstånd från varandra axiellt. Rotorskivorna 12, 13 är styrda för axi- ell rörelse utåt och bort från det i fig 2 och 3 visade läget med hjälp av sex styrtappar 14, som omväxlande är fast förbundna med rotorskivan 12 och rotorskivan 13. Sex temperaturkänsliga cylinderdon 15 är anordnande axiellt mellan rotorskivorna 12 och 13, som vardera består av en yttre ring och en med denna fast förbunden inre ring, såsom framgår av fig 2 och 3. Cylinderdonen 15 är av känd typ och ökar sin längd med ett förutbestämt värde i det närmaste momentant, när den omgivande temperaturen över- skrider ett förutbestämt värde.

Rotorskivorna 12 och 13 trycks mot det i fig 2 och 3 visade läget, som är bestämt genom deras anliggning mot ekrarnas 11 ytterändar, av sex fjädrar 16 av bimetall för vardera rotorskivan. Dessa fjädrar 16 är anordnade mellan var sin av rotorskivorna 12, 13 och var sin av två axiellt utanför dessa belägna stöd- eller mothållsskivor 17, 18, Ytterst på rotorskivornas 12, vilka är fast förbundna med axeln 6. 13 mot varandra vända sidor är ett flertal permanentmagneter 19 monterade med axiellt riktade poler och med från magnet till magnet alternerande polaritet i rotorskivornas omkretsriktning. 10 15 20 25 30 35 517 772 9 13 är en stator 20 och en kylkanal 21 belägna och fast kopplade till höljet 1. När- 23 i företrädesvis Mellan rotorskivorna 12, mare bestämt har statorn 20 två statorskivor 22, form av plana ringar av elektriskt ledande, omagnetiskt material, t ex koppar, vilka vid sin perifert yttre kant är infästa i höljet 1, exempelvis inspända mellan var sin av sköldarna 2, 3 och periferiringen 4, samt vid sin perifert inre kant är sammankopplade med en hylsa 24, så att statorskivorna 22, 23, periferiringen 4 och hylsan 24 bildar ett kylkanalen 21 utgörande, ring- formigt utrymme mellan rotorskivornas 12, 13 permanent- magneter 19. Detta ringformiga utrymme är uppdelat i en yttre kanal 25 och en inre kanal 26 av två plana ringar 27 och 28, vilka är monterade pà hylsan 24 och även kan sägas ingå i statorn, och en väsentligen hylsformig ring 29, som är ansluten mellan de plana ringarna 27 och 28 och sträcker sig runt dessa och till en första öppning 30 i den perifera ringen 4, som därmed blir förbunden med den inre kanalen 26. En andra öppning 31 i den perifera ringen 4 är förbunden med den yttre kanalen 25.

Såsom framgår av fig 2 och 3 är de plana ringarna 27, 28, som företrädesvis består av mjukt magnetiskt material, anordnade pä ett litet avstånd axiellt från så att tvà radiella 33 bildas däremellan, vilka förbinder den respektive statorskiva 22, 23, spalter 32, yttre kanalen 25 och den inre kanalen 26.

Genom den ovan beskrivna konstruktionen kan ett kyl- medium, t ex vatten, pumpas in genom öppningen 30, i om- kretsled in i den inre kanalen 26, radiellt utàt via spalten 32, 33, bort till och ut genom den andra öppningen 31. Den mot- i omkretsled genom den yttre kanalen 25 satta strömningsriktningen, dvs fràn öppningen 31 till öppningen 30, är naturligtvis även möjlig. Med hänsyn till detta strömningsförlopp kan kanalens 26 tvärsnitts- area, dvs dess utsträckning i radiell led, lämpligen avta sett i strömningsriktningen fràn öppningen 30, och kan följaktligen kanalens 25 tvärsnittsarea öka i motsvarande 10 15 20 25 30 35 517 772 10 grad sett i strömningsriktningen mot öppningen 31.

Strömningshastigheten i kanalernas 25, 26 respektive längdriktning kan därmed göras väsentligen konstant.

Vid stillastående rotor 9, befinner sig närmast varandra, finns frigàng mellan då rotorskivorna 12, 13 rotorns 9 permanentmagneter 19 och respektive intill- liggande statorskiva 22, 23. Rotorskivorna 12, 13 är då tryckta till sitt läge närmast respektive statorskiva 22, 23 såväl av tryckfjädrarna 16 som av attraktionskraften mellan permanentmagneterna 19 och de fasta skivor som de plana ringarna 27, 28 utgör.

När rotorn 9 bringas att rotera, kommer de magnet- fält som permanentmagneterna 19 alstrar att generera elektriska strömmar i statorskivorna 22, 23, varigenom dessa värms upp kraftigt. Medelst det genom spalterna 32, 33 strömmande kylfluidet avledes den i statorskivorna 22, 23 genererade värmen.

De elektriska strömmarna i statorskivorna 22, 23 kommer också att ge upphov till sådana magnetfält som genererar en repellerande kraft relativt permanent- magneternas 19 magnetfält, varigenom rotorskivorna 12, 13 tvingas att röra sig axiellt bort från respektive stator- skiva 22, 23 mot verkan av tryckfjädrarna 16 och attrak- tionskraften mellan rotorskivornas 12, 13 permanent- magneter 19 och ringarna 27, 28.

Genom avpassning av tryckfjädrarnas 16 fjäder- karakteristik i förhållande till karakteristiken för de repellerande respektive attraherande magnetfälten kan en önskad effekt/avståndsprofil åstadkommas.

Den i fig 6 visade andra utföringsformen skiljer sig från den ovan beskrivna, första utföringsformen genom att som mothåll för tryckfjädrarna 16 användes två plana ringar 34, 35, vilka är fast förbundna med varandra medelst tappar 36, som sträcker sig genom häl i de inre delarna av de två rotorskivorna 12, 13. Detta ger ett fribärande och självbalanserande mothåll för tryck- fjädrarna 16. s -1 w 10 15 20 25 30 35 517 772 ll I den i fig 7 åskådliggjorda tredje utföringformen är spiralfjädrarna 16 ersatta av två stjärnformiga bladfjädrar 37, 38, som vid sin radiellt inre del är fixerade invid var sin av rotorskivornas 12,13 från statorn 20 vända sidor. Bladfjädrarna 37, 38 kan med fördel bestå av bimetall och dessutom vara förspända att utöva en tryckkraft mot rotorn i det i figuren visade läget för denna. Genom att utföra bladfjädrarna 37, 38 i bimetall kan deras tryckverkan fås att minska successivt med ökande temperatur, varvid rotorns avstånd till statorn ökar och därmed minskar den i statorn utvecklade värmen, vilket således möjliggör en automatisk reglering av temperaturen hos fluidet i kylkanalen. Bimetallfjädrar kan även fås att vid en förutbestämd temperatur momentant växla från ett stabilt läge till ett annat. Med utnytt- jande av detta verkningssätt kan bladfjädrarna 37, 38 fås att arbeta som ett skydd mot för hög temperatur hos fluidet i kylkanalen.

Den i fig 8-9 visade utföringsformen av en värme- generator enligt uppfinningen skiljer sig från föregående utföringsformer genom att rotorn 9 har endast en rotor- skiva 39. På platsen för den andra rotorskivan i de andra utföringsformerna är i denna utföringsform en pneumatisk kolv 40 anordnad, vilken är rörlig axiellt tillsammans med rotorn 9 men ej roterar med denna som följd av ett mellanliggande kullager 41. Kolvens 40 inre utrymme 42 är anslutet till en ej visad vakuumkälla, som kan reglera undertrycket i kolven 40.

En fjädersats 43 av fjädrar, som kan ha varierande hårdhet, är vidare anordnad inuti kolven 40 och strävar att förflytta kolven 40 åt vänster i fig 9, dvs förflytta rotorn 9 bort från statorn 20. Fjäderkarakteristiken för fjädersatsen 43 är så utformad, att skillnaden mellan de på rotorn 9 verkande krafterna, som strävar att förflytta rotorn 9 i riktning bort från statorn 20, och den mellan rotorn 9 och statorn 20 verkande attraktionskraften till följd av permanentmagneterna 19 ökar monotont från 10 15 20 25 30 35 517 772 %3gå߶?¥¿â%v~,~"a 12 rotorns 9 läge längst bort fràn statorn 20 till dess läge närmast statorn 20. Som följd av denna utformning kan läget av rotorn 9 regleras enkelt och entydigt med hjälp av storleken av undertrycket i den pneumatiska kolven 40, vilket undertryck således påverkar kolven 40 och därmed rotorn 9 i riktning mot eller fràn statorn 20.

I fig 10 àskàdliggöres hur kompakt en värmegenerator 44 enligt uppfinningen är i förhållande till en konven- tionell förbränningsmotor 45. Värmegeneratorn 44, vars stator 20 är fixerad vid förbränningsmotorn 45, kan när- mare bestämt vara kopplad direkt till motoraxeln via den vanliga remskivan 46 för transmissionsremmen 47, som kopplar samman motoraxeln med t ex styrservo och gene- rator. Via slangar 48, 49 är värmegeneratorns utlopp och inlopp, dvs öppningarna 30, 31, anslutna till förbrän- ningsmotorns 45 kylsystem.

Den ovan beskrivna utföringsformen av en värme- generator kan naturligtvis ändras i flera avseenden, t ex kan ytterligare andra organ, såsom elektriskt drivna, användas för kraftpàverkan pà rotorn i riktning mot sta- torn. En sådan utföringsform är visad i sprängskissvyn i fig 11. Denna utföringsform av värmegeneratorn är snarlik den i fig 8 och 9 men har i stället för den pneumatiska kolven 40 och fjädersatsen 43 tvà samverkande kamtandhjul 50, 51 med snedskurna kammar 52 respektive kamspär 53.

Kamtandhjulet 50 är lagrat enbart axiellt förskjutbart och pàverkande rotorns 9 axiella läge, medan kamtand- hjulet 51 är lagrat enbart vridbart och detta närmare bestämt medelst en med kamtandhjulet 51 fast förbunden arm 54, vars vridläge i sin tur kan styras medelst exempelvis en elmotor 55 i enlighet med en överordnad signal från styrelektronik, som reglerar förbrännings- motorn, för begränsning av den i statorn alstrade värme- effekten genom tvàngsmässig vridning av kamtandhjulet 51 och därmed axiell förflyttning av kamtandhjulet 50 och rotorn relativt statorn, sä att exempelvis ett läge med begränsad effekt kan uppnàs. 10 15 20 25 30 35 51 7 7 7 2 - .æf-Éfš š 13 Kamtandhjulen 50, 51 kan naturligtvis även utgöra ett överordnat organ för tvångsstyrning av rotorn till ett önskat effektläge.

Som ett ytterligare alternativ kan kamtandhjulet 51 göras helt stationärt, dvs axiellt orörligt och dessutom ovridbart, och kan armen 54 förbindas ovridbart men axiellt rörligt med kamtandhjulet 50. Detta är i sin tur, liksom i utföringsformen i fig ll, axiellt rörligt tillsammans med rotorn 9 och också lagrat roterbart relativt denna. Detta alternativ är i realiteten ett av de fördragna alternativen.

I fig 12 visas ett diagram, som schematiskt åskådliggör effektutvecklingen W (kW) i en värmegenerator enligt uppfinningen som funktion av varvtalet r (rpm) vid olika avstånd d (dl-d4, t ex 0,4/0,8/1,3/1,9 mm) mellan stator och rotor. Det framgår att effektutvecklingen W ökar med ökande varvtal vid oförändrat avstånd (t ex dl) mellan rotor och stator och att effektutvecklingens W ökningstakt är högre ju mindre avståndet d är mellan stator och rotor. Omvänt minskar effektutvecklingen W med ökande avstånd d vid oförändrat varvtal r. Genom att variera avståndet d i beroende av varvtalet r kan således en önskad effekt/varvtalsprofil uppnås.

Eftersom magnetfältstyrkan ändrar sig väsentligen som inversen av kvadraten på avståndet mellan rotorn och statorn, kan en mycket avsevärd effektändring uppnås genom en relativt liten ändring av det axiella avståndet mellan rotorn och statorn. Detta leder i sin tur till att värmegeneratorn enligt uppfinningen kan göras mycket kompakt.

I fig 13 visas ett diagram, som schematiskt åskådliggör den repulsiva kraften F (N) i en värmegenerator enligt uppfinningen som funktion av varvtalet r (rpm) vid olika avstånd d (dl-d4 exempelvis enligt ovan) mellan stator och rotor. Såsom beskrivet ovan är denna repulsiva kraft följden av växelverkan mellan permanentmagneternas magnetfält och det magnetfält -v -.- »~ vv-- v~v lO 15 20 25 30 517 772 14 som alstras av de i statorn inducerade strömmmarna. Det framgår att den repulsiva kraften F ökar med ökande varvtal vid oförändrat avstånd (t ex dl) mellan rotor och stator och att den repulsiva kraftens F ökningstakt år högre ju mindre avståndet d är mellan stator och rotor.

Omvänt minskar den repulsiva kraften med ökande avstånd d vid oförändrat varvtal r.

För att variera avståndet d i beroende av varvtalet r i syfte att uppnå en önskad effekt/varvtalsprofil balanseras således enligt uppfinningen den repellerande kraften på lämpligt sätt genom påverkan av rotorn axiellt i riktning mot statorn med en variabel kraft, som således är motriktad den repellerande kraften F.

I fig 12 är en linje inritad för en konstant (oberoende av varvtalet) utvecklad effekt på 12,5 kW och linjens skärningar med effektutvecklingskurvorna för de olika avstånden dl-d4 är angivna med cirklar. De av dessa cirklar angivna varvtals/avståndsskärningarna är även införda i fig 13. Det framgår att den repellerande kraften avtar med ökande varvtal, då effektutvecklingen skall hållas konstant, vilket innebär att den kraft som krävs för att balansera den repellerande kraften i detta fall också skall minska på motsvarande sätt med ökande varvtal.

Det inses att en mängd ytterligare modifieringar av de ovan beskrivna utföringsformerna av en värmegenerator, t ex olika kombinationer av olika organ för kraftpåverkan på rotorn i riktning mot statorn, är möjliga inom upp- finningens ram, såsom angiven av de efterföljande patent- kraven.

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 o .o nu n ø | « ø a » v u c n 517 772 n u n o o o. 15 PATENTKRAV

1. Värmegenerator för reducering av emissioner fràn motorfordon, k ä n n e t e c k n a d av, en permanent- 13), (20, 22, 23), vilken är àtskild axiellt från rotorn och i magnetiserad, skivformig rotor (9, 12, en stator vilken rotorn vid rotation inducerar elektriska strömmar, som alstrar värme i statorn, en till statorn angränsande kylkanal (21) för ett strömmande kylfluidum för avledning av den i statorn alstrade värmen, varvid rotorn (9, 12, 13) och statorn (20, 22, 23) är lagrade rörliga axiellt relativt varandra för ändring av den i statorn alstrade (15, 16, 19, 27, 28, 37, 38, 40) för bestämning av den i statorn alstrade värmeeffekten genom värmen, samt organ påverkan av rotorn axiellt i riktning mot statorn med en variabel kraft mot verkan av en repellerande kraft, som de i statorn inducerade strömmarna genererar, vilka organ innefattar ett mjukt magnetiskt material (27, 28), som utgör del av statorn, så att en magnetisk attraktions- kraft verkar mellan den permanentmagnetiserade rotorn (9) och statorn (29), och organ (15, 16, 19, 37, 38, 40) för förstärkning och/eller försvagning av den magnetiska attraktionskraften för uppnàende av en förutbestämd effekt/varvtalsprofil.

2. Värmegenerator enligt krav 1, k ä n n e t e c k - (20) skikt (22, 27), som avgränsar en smal radiell spalt (32), n a d av att statorn innefattar tvâ metalliska vilken utgör en del av kylkanalen (21) och är utformad för radiellt flöde av kylfluidet.

3. Värmegenerator enligt krav 2, k ä n n e t e c k - (21) ringformiga, till den radiella spalten angränsande n a d av att kylkanalen dessutom innefattar två utrymmen (25, 26), vilka är utformade för flöde i omkretsled av kylfluidet.

4. Värmegenerator enligt något av krav 1-3, k ä n - av att av de tvà metalliska skikten (9) innefattar ett n e t e c k n a d (22, 27) ett (22) närmast rotorn 10 15 20 25 30 35 no u nu u ø | a u o ~ v u o - - n - - n 517 772 16 elektriskt ledande, företrädesvis omagnetiskt material, och ett (27) mjukt magnetiskt material. längst bort från rotorn (9) innefattar ett

5. Värmegenerator enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a d av att den i statorn (20) alstrade repellerande kraften, medelst statorns magnetiska material och dettas (9), vid ett förutbestämt varvtal förflytta rotorn (9) bort volym och avstånd till rotorn är dimensionerad att från statorn (20) mot verkan av den magnetiska attraktionskraften mellan dem.

6. Värmegenerator enligt något av krav 1-5, k ä n - av att de rotorn (9) axiellt påverkande organen (15, 16, 19, 27, 28, 37, 38, 40) n e t e c k n a d innefattar ett överordnat organ (55) för tvångsstyrning av rotorn (9) till ett önskat effektläge.

7. Värmegenerator enligt något av krav 1-6, k ä n - n e t e c k n a d av för temperaturen i kylkanalen (21) känsliga ställorgan (15) med förmåga att vid uppnàende av en förutbestämd temperatur väsentligen momentant öka (20, 22, 23) till ett värde, där den i statorn alstrade värmen är avståndet mellan rotorn (9, 12, 13) och statorn försumbar.

8. Värmegenerator enligt något av krav 1-7, k ä n - n e t e c k n a d av att de rotorn (9) axiellt påverkande organen (15, 16, 19, 27, 28, 37, 38, 40) är styrda av en överordnad signal från styrelektronik, som reglerar förbränningsmotorn (45), för begränsning av den i statorn (20) alstrade värmeeffekten genom tvàngsmässig förflyttning av rotorn (9) relativt statorn och uppnàende av ett läge med begränsad effekt.

9. Värmegenerator enligt något av krav 1-8, k ä n n e t e c k n a d av att statorn (20) innefattar en första, radiellt utmed den skivformiga rotorn (9) utsträckt skiva (22) första statorskivan och på motsatt sida till rotorn samt en andra, radiellt utmed den belägen skiva (27) för bildande av en radiell spalt (32), som har trimningsöppningar runt sin yttre och sin inre o n | o v ao 10 l5 20 25 30 35 n o o n - n. o o v ø ~ Q - u nu n .nn- 517 772 17 omkrets för möjliggörande av ett jämnt fördelat flöde (32) avledning av den i statorn (20) genom spalten av det strömmande fluidumet och alstrade värmen.

10. Värmegenerator enligt krav 9, k ä n n e - t e c k n a d (25), ansluter till öppningarna vid spaltens (32) yttre av ett yttre ringformigt utrymme som omkrets, och ett inre ringformigt utrymme (26), som ansluter till öppningarna vid spaltens (32) inre omkrets, vilka ringformiga utrymmen utgör samlingsledningar för det strömmande fluidumet till respektive från spalten (32).

11. Värmegenerator enligt krav 9 eller 10, k ä n - n e t e c k n a d (27).

12. Värmegenerator enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d av att rotorn (9, 12, 13) innefattar tvâ axiellt åtskilda rotorskivor (12, 13) och att statorn (20, 22, 23) 23) anordnade mellan de två rotorskivorna och intill var av att öppningarna är bildade i den andra skivan innefattar tvà statorskivor (22, sin av dessa.

13. Värmegenerator enligt krav 12, k ä n n e - t e c k n a d (12, 13) rörliga axiellt bort fràn varandra och fràn respektive 23).

14. Värmegenerator enligt krav 13, k ä n n e - t e c k n a d 13) har ett flertal permanentmagneter (19), att vardera av att rotorskivorna är anordnade statorskiva (22, av att vardera rotorskivan (12, statorskivan (22, 23) innefattar ett elektriskt ledande, företrädesvis omagnetiskt material, samt att tvà (27, 28) anordnande invid var sin av statorskivorna (22, 23) och ytterligare skivor av magnetiskt material är pà motsatt sida till respektive rotorskiva (12, 13).

15. Värmegenerator enligt nàgot av krav 1-14, (21) är anordnad att anslutas till kylsystemet hos en k ä n n e t e c k n a d av att kylkanalen förbränningsmotor (45), som är kopplad att driva rotorn 10 15 20 517 772 l8 (9) och vars emissionsvärden är avseddda att förbättras genom detta arrangemang.

16. Värmegenerator enligt något av krav 1-15, k ä n n e t e c k n a d av att den utgör en mekaniskt, termiskt och styrmässigt integrerad del av en förbrän- ningsmotors (45) system för temperatur- och emissions- styrning.

17. Värmegenerator för reducering av emissioner fràn motorfordon, k ä n n e t e c k n a d av en permanent- magnetiserad, skivformig rotor (9, 12, 13), en stator (20, 22, 23), vilken är àtskild axiellt fràn rotorn och i vilken rotorn vid rotation inducerar elektriska strömmar, som alstrar värme i statorn, varvid rotorn och statorn är lagrade axiellt rörliga relativt varandra för ändring av den i statorn alstrade värmen, samt en till statorn angränsande kylkanal (21) för ett strömmande kylfluidum för avledning av den i statorn alstrade värmen, vilken kylkanal innefattar en till statorn angränsande, smal radiell spalt (32) och tvà ringformiga, med var sin radiell sida av den radiella spalten förbundna utrymmen (25, 26), vilka är utformade för inbördes motsatt riktade flöden i omkretsled av kylfluidet, vilket därmed strömmar fràn det ena ringformiga utrymmet (26) till spalten (32) och från denna till det andra ringformiga utrymmet (25). aaovnu n